中车时代电气吴恒亮：大道至简基于组串电能量的光伏电站健康诊断运维解决方案

发表时间：2024-03-17 13:41:49 来源：云开官方入口下载

  （原标题：中车时代电气吴恒亮：大道至简，基于组串电能量的光伏电站健康诊断运维解决方案）

  中车时代电气吴恒亮：大道至简，基于组串电能量的光伏电站健康诊断运维解决方案

  1月10日，索比光伏网主办的第二届光能杯·创新分享会在苏州盛大召开。会上，众位大咖围绕新技术、新产品、新模式三大主题展开讨论，并对2024年年度创新产品作出表彰。

  中车时代电气绿能事业部副总工程师吴恒亮表示，光伏电站应用环境愈加复杂，电气设备可靠性和电站安全性备受考验，电站精细化运维管理难度增加，因此数字化运管是大势所趋、 必经之路。中车时代电气推出的电站智慧运维解决方案，采用将技术支撑和管理过程闭环起来的驱动手段，以科学、精准、高效的决策优化生产资源配置，实现无人、少人值守、集中与远程管理。最终形成光伏智能运维全景架构，覆盖监视、分析、诊断、管理四大功能板块，重点解决基于集中式逆变器的电站智能运维痛点， 并兼容组串式逆变器电站运维应用。

  非常荣幸索比邀请我给大家伙儿一起来分享我们做的工作，今天在这里学习了一上午各位专家分享了咱们在电池片技术或组件技术各个方向的创新技术，其实他们的一个目的，就是孜孜不倦地提升发电的转化效率。

  再好的产品，再高的转化效率，其实现在的转化效率每提升0.1%，都要投入大量的研发力量。这么好的产品，最后你没把它用好，一个是资源的浪费，另外也是对我们技术投入的浪费。

  从近几年光伏的发展来看，大基地占主导地位，2023年大基地电站占到六成以上。同样，也给运维端带来了很多问题。比如一个电站几百兆，甚至是GW级的，覆盖的面积都是几万亩的量级，它的设计、施工、运维，会面临很多没办法想象的问题，各种山地以及复杂地形都需要投入。

  电站的单体容量增大以后，设备也多，分布也很广，所以电站的精细化管理越来越困难，并且现在又在提倡少人及无人化值守，就更需要精准的后台支持我们做这项工作。

  调研分析我们当前的运维现在的状况来看，发电量提升依旧很大的，现在单个设备来看都很先进，但是从系统角度来讲，假如没有把它管理好，其实这个空间是很大的，不是提升0.1%，都可能会提升几个点。包括设备故障之后没有及时维护，因为面积很大之后，检修的及时率也有很大的影响。光伏发电有一个弊端，光伏侧直流的安全形成非常多。单块板，现在是600W、700W，从电站的角度来讲，由几万块甚至十几万块构成，安全风险隐患非常多，日常管理是不是到位也是问题。

  包括现在有很多高科技的手段，无人机也好，热成像也好，都是碎片化、单点化的创新，要结合总系统提升运维效率。

  安全运维，是光伏电站老生常谈的问题，尤其是屋顶，包括地面，经常发生拉弧、接地的情况。

  从运维趋势来讲，首先是数字化运管，这是大势所趋，必经之路。其次，数据驱动，碎片化向集中化转变也是很明显的，我们的电站都想实现少人、无人值守，这块我们也一直在做研究和尝试。

  从一个光伏电站来讲，最核心的数据就是发电量。不管采用什么样的手段和技术，最终要体现的都是“发电量为王”，这是核心指标。一个电站到底如何发电?怎么样提高发电量?光伏组件清洗频次是多少?运维人员怎么样提高效率?组件健康状态如何?现在都没有量化指标。我们往往是根据上一年发电量的情况，或者可研的情况来做，其实它并不是科学的指标，我们的电站真正应该发多少电，这是我们该研究的课题，我们要开发“简约而不简单”的电站平台，这是迫在眉睫的。

  现在常用的手段是组串IV、PV曲线，刚刚计量院的专家也有提到，刚刚我一听，其实IV扫描不是那么简单的，还是十分艰难的。我们在现场做了大量的研究和测试数据。IV扫描是基于损失量，是以那一刻电压、电流的数量来判断它的曲线情况。在弱光条件下，曲线是非常不准确的，需要在强光照的情况下来测试，在弱光情况下，曲线的区别你根本就分辨不出来。从IV诊断的角度来说，还有很多不足之处，虽然我们也一直在迭代这个技术，包括做算法更新。但其实它的核心要素，IV扫描时，逆变器的MPPT功能会停止，100MM电站扫描一次约10分钟，而且是在发电量比较好的时候，这会造成发电量的损失。其次，基于电压电流顺时量做处理，算法和模型都很复杂，比如扫描的时候飘来一朵云，你的判断就失真了，结果是不科学的。天气对诊断的结果影响非常大，诊断率会偏低一些。

  如何克服这样的一个问题?我们想到了一个变量，发电量。发电量是一个累计量，不是一个损失量，能否通过发电量的数据反向诊断组件的健康状态情况?确实能够达到这个效果。尤其是在集中式逆变器方案里，我们采用了“组串支路电能量”，因为电容量是累积的状态，是时间尺度很长的数据。我今天、明天、一年、一个月，甚至更长的数据，不断去分析，能轻松实现状态分级，这时候不需要停机，因为发电量本来就是累积的数据。

  我们的整体解决方案，是基于智能汇流箱、集中式逆变器和光伏智能运维系统这三层架构。

  无论它的性能指标多么好，你不把它用好，它也是在那里晒太阳而已。我们通过汇流箱、逆变器，把数据送到后台做算法分析，结合标准数据，可识别异常数据、诊断定位等功能，通过这一个方案，可以有效解决运维痛点。

  我们未来要把无人机的检测、扫描、清洗等系统结合起来，以此来实现电站的数字化和智能化。

  (PPT图示)这是我们整个软件的功能架构。基本能覆盖光伏区的实时设备监视、智能分析、智能管理。在设备的实时监控这里，我们分了电站-方针-设备三级。

  这是电量损失的分析，我们现在重心就是攻克这块，可以量化损失分析，可进行纵向对比。因为这个发电量是累计数据，能持续做多元化的分析，包括做趋势预测，从而判断发电量到底损失了多少。

  这块是低效的分析预警。其实光伏组件摆在那里，并不是说有故障，而是要看功能有没有被充分发掘出来。比如一个汇流箱是26路支路，它的发电量是不一样的。同一组串发电量的分析，以及不同日期发电量与标准组串的分析，包括同一日期不同组串发电量与标准组串对比，通过大模型数据分析出来，就能够获得每一串的发电量的差距，就能判断出它是健康状态还是不健康的状态，还有是不是能够把效率发挥出来，并能识别出这个电站一年真正可以发多少电，对电站生产指标的下发就会比较科学。

  这是清洗经济决策。现在做得很简单，判断有没有灰尘，或者固定几个月清洗一次。但其实还是要算经济账的，洗一次花的钱，以及洗一次增加的发电量，这个投入产出比是否划得来，我们有一个经济模型在里面，可以指引我们的清洗频次，达到清洗的目的。

  直流拉弧，这是一个最常见的现象，拉弧的特征就是叠加在稳态下的非稳态高频谐波。我们通过采集电压、电流的信号，以及进行频率分析，精准检测拉弧的产生。

  基于集中式逆变器检测到拉弧，下一步怎么办?其实很多产品并没有做下一步的工作，我们在后备箱加了分断模式，当产生了拉弧现象产生之后，要及时给它分断掉。

  这是运维检修导航。几万亩地的情况下，要找到每一个汇流箱、逆变器十分艰难，可能一个设备，隔了几个山头。结合地图技术，我要把设备精准定位出来，发现它有故障，或者有问题之后，直接一键导航过去，让它精准地找到设备，提升检修效率。

  我来自株洲中车时代电气，我们是中国中车旗下的公司，我们是中国电气化铁路装备事业的开拓者和领先者，也是提到的中国高铁“金名片”的核心动力支撑。我们以算法、器件、材料三大内核技术，支撑轨道交通装备、新能源装备、电力电子器件的发展，我们是H股上市公司。

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